STA | 9. 串扰，窗口以及CRPR对Delta Delay的处理方式

一切烦恼的根源来源于执念，串扰和噪声则来源于电容两端电压差不能突变。串扰可以定义为一条Net电平变化导致邻近的net电平的波动。这种波动可能对受害Net的时序带来变化，甚至可能造成功能的错误。

在90nm，65nm及更先进工艺，串扰和噪声的影响越来越严重，主要原因还是在于绕线更密，频率更高，电压更低。

 

串扰

串扰是一直困扰着后端和EDA工具的一个问题。做过先进工艺的同仁应该深有体会，在Place和CTS阶段，时序已经优化得不错，但是Route之后，引入了Delta Delay，时序立即恶化，需要通过几轮Post-Route优化才能勉强恢复到Route之前的状态，即便如此，功耗和面积也会有很大牺牲。其原因在于Pre-Route阶段不存在真实的绕线，没办法精准预估绕线之间串扰的影响。

随着机器算力的快速增长，以及EDA公司在逐渐普及AI技术，老本相信这个问题应该最终会得到解决，因为AI的本质在于预测。通过不断地学习，建立在布局阶段去预测布线之后串扰的深度学习模型，从而能够在布局阶段相对精准地预测串扰将会带来的影响。或者更简单粗暴一点，仗着算力够用，在布局阶段就直接用Detail Route Based的Placer引擎。

PT进行SI分析需要特别注意以下SI相关命令是否正确：

...#使能Crosstalk/SI分析set si_enable_analysis true#指定composite aggressor模式set_app_var si_xtalk_composite_aggr_mode statistical#指定victim和aggressor窗口对齐模式set_app_var si_xtalk_delay_analysis_mode all_path_edges/all_path...#确保读入耦合电容寄生参数read_parasitics -keep_capacitive_coupling ......#在timing path中显示Delta Delay一栏信息report_timing -crosstalk

 

窗口

时序窗口是指信号在通过不同的路径到达某条Net时，时间上有快有慢，最长路径延时和最短路径延迟之间的差值就是时序窗口的大小。如下图所示中，信号线A1, A2, A3和V都有各自的时序窗口。对于信号线V来说，A1, A2, A3都与之有重叠窗口（overlapping timing window)，而A2和A3之前是没有重叠窗口的，A1和A3可以认为有部分重叠窗口。那么在计算信号线V的Delta Delay时，将其分成3个阶段：第1阶段，A1和A2同时对V造成影响，Delta Delay = 0.12 + 0.14 = 0.26；第2阶段，A1对V造成影响，Delta Delay = 0.14；第3阶段，A3对V造成影响，Delata Delay = 0.23。这种情况下，信号线V的Delta Delay取最差值0.26。

需要注意的是，上面考虑的Net之间是同步的情况下，如果两条Net相关的clock是异步的，处理的方式会有很大不同。假如是设成Async，那么计算Delta Delay采用的是无限时序窗口，考虑的是最悲观的可能情况；假如是设成Logic Exclusive，那么只有在有重叠窗口的情况下才去计算Delta Delay；假如设成Physical Exclusive，无需考虑串扰的影响，不计算Delta Delay。假如Net相关的clock设置成False Path，处理方式和Synchronous相同，所以在设置Clock异步关系时要特别小心。总结如下表：

 

CRPR对Delta Delay的处理

以上图中Path为例，在Clock Path的公共路径上如果有串扰造成的Delta Delay，这一部分Delta Delay会不会被CRPR机制影响，进而被取消呢？答案是：在计算Setup时，Delta Delay不会被CRPR影响；而在计算Hold时，Delta Delay会被CRPR影响。原因在于：

（1）计算Setup时，Launch Clock和Capture Clock采样一般发生在不同的时钟沿，所以Aggressor对两个时钟沿的影响是不同的，考虑到最差的情况，这部分的Delta Delay不能被取消。

（2）在计算Hold时，Launch Clock和Capture Clock采样一般发生在相同的时钟沿，Aggressor对两者的影响是一模一样的，既然在公共路径上，这一部分Delta Delay是可以通过CRPR机制取消的。

那么如何降低串扰的影响呢？从本文阐述可以看出，主要的方法还是隔离，例如Shielding和加大线间距等，另外一种有效的方式就是错开特定走线之间的时序窗口。

下回接着讲解串扰带来的另一个烦扰：“噪声”，敬请关注。